激光器的內(nei) 部運作來源自物理學領域，但激光的確已經“走入”了人們(men) 的日常生活。收營員給顧客結賬商品時，需要用掃描槍對準商品的條形碼標簽；這個(ge) 時候，顧客可能使用手機正在與(yu) 朋友聊天，或者上網搜索COVID-19最新的統計數據，以上這些都有激光技術的參與(yu) 。

激光發射特定波長的強光。在一個(ge) 波長下，激光束在設計電路的計算機芯片上蝕刻圖案。在電信波長段，激光通過光纖發射大量數據，使我們(men) 進入信息時代。

2017年，加利福尼亞(ya) 大學聖地亞(ya) 哥分校Boubacar Kante博士發明了一種新型激光器，當年被專(zhuan) 業(ye) 期刊Physics World評為(wei) 年度突破性發明之一。在Bakar Fellows資金資助下，Kante製造了新激光器的原型，並展示其在從(cong) 顯微外科到衛星遙測的一係列應用中的潛力。

問：激光有很多應用，從(cong) 微觀到宏觀。它們(men) 在當今的經濟中扮演著多大的角色？
答：激光器是一個(ge) 擁有10-200億(yi) 美元的市場。比如疫情期間，許多公司的會(hui) 議通過Zoom實現，激光脈衝(chong) 通過光纖以光速來回傳(chuan) 輸，此時它們(men) 可以攜帶更多的數據並且比任何其他通信模式都快。另外，激光在醫療行業(ye) 的實際應用包括白內(nei) 障手術中的組織切除。在工業(ye) 領域，激光則是推進無人機和自動駕駛汽車導航的關(guan) 鍵技術。

問：您的發明會(hui) 給激光器的功能增加了什麽(me) ？
答：它們(men) 比典型的激光器小數千倍，小到隻有頭發絲(si) 的寬度，但能夠發射大量的能量。這種新型激光器更緊湊、更輕。如果傳(chuan) 輸設備變得更小，那麽(me) 信息傳(chuan) 播距離就會(hui) 更短，傳(chuan) 播速度也會(hui) 更快。因此，激光器工作所需的能量更少、更節能。

問：還有哪些其他特性使這種新激光技術更有用？
答：通常當設備變得更緊湊時，往往會(hui) 失去一些功能。但我們(men) 研發的激光器恰恰相反。激光以精確的波長發射光束，把它們(men) 想象成不同的顏色，而且由於(yu) 高精度，波長可以緊密排列。大多數激光器僅(jin) 發射一種波長的光。但是新發明的激光器允許激光“調諧”（tuned）到不同的波長。眾(zhong) 所周知，這可以提高網絡的靈活性和容量。波長可調性也可用於(yu) 計量和傳(chuan) 感領域。

同時，新的激光器還可以控製激光束，即改變光發射的角度。目前，當衛星或無人駕駛汽車或無人機需要將激光束指向不同方向時，必須機械地轉動激光。這自然會(hui) 限製速度並使係統體(ti) 積龐大。我們(men) 正在開發的激光器可以在不旋轉係統的情況下發光，並且可以通過電子方式進行角度調諧。因此，激光器質量輕，非常緊湊，波長和方向均可調諧。與(yu) 當前的機械控製激光器相比，它具有能源效率並且大規模製造成本更低。

問：請解釋一下新激光器的多功能性？
答：本質上，類似於(yu) 微波爐的工作原理，激光是從(cong) 盒子中發出光束。為(wei) 了增強光的強度，人們(men) 製造了激光束，同時光被長時間限製在盒子內(nei) 部。我們(men) 發明了一種不同的方法以控製光的強度增加，允許精確波長的光通過至少兩(liang) 個(ge) 通道從(cong) 盒子中逸出。當逃逸波相互作用時，它們(men) 可以相互抵消，這稱為(wei) 破壞性幹擾。逃逸的光疊加之後相互抵消，最後歸零。
我們(men) 製作了一個(ge) 獨特的空腔，這種捕波機製的多功能性使激光器重量輕、波長可調和可控。

問：您現在需要采取哪些步驟才能從(cong) 發明階段轉變為(wei) 商業(ye) 儀(yi) 器？
答：將發現推入製造階段的技術成本非常高。Bakar Fellows的資助將使我們(men) 能夠在加州伯克利分校的Marvell Nanofabrication實驗室製造原型。它包括一個(ge) “潔淨室”，過濾掉灰塵和氣溶膠顆粒等汙染物。希望兩(liang) 三年後，我們(men) 的發明會(hui) 引起企業(ye) 關(guan) 注。

延伸閱讀
2017年，加利福尼亞(ya) 大學聖迭戈分校物理學家Boubacar Kante和他的同事在《科學》雜誌雜誌上刊登他們(men) 關(guan) 於(yu) “拓撲腔”（topological cavities）的研究成果。傳(chuan) 統的激光腔通常隻能做成環形，這會(hui) 降低芯片空間的使用率。Kante團隊研製的基於(yu) 拓撲絕緣體(ti) 原理的新型激光腔通過在新型激光腔上添加磁場，可以自由控製激光方向。

環形激光腔帶來的結果是，如果工程師想要在一塊芯片上放置多個(ge) 激光器，比如用於(yu) 光學通信和計算，那麽(me) 環之間的大量可用空間會(hui) 浪費掉。當時，Kante所在的研究小組通過研發一種拓撲腔結構克服這個(ge) 形狀上的局限。
在Kante研發的係統中，一個(ge) 光子晶體(ti) 位於(yu) 另一個(ge) 不同的光子晶體(ti) 中，而兩(liang) 種不同晶體(ti) 接觸形成的界麵就是激光腔。晶體(ti) 就位後，研究團隊在上麵施加磁場，使係統變成了一種拓撲絕緣體(ti) 的光學等價(jia) 物，拓撲絕緣體(ti) 內(nei) 部由絕緣材料構成，但電能沿著材料的表麵傳(chuan) 導。在一個(ge) 光子晶體(ti) 拓撲絕緣體(ti) 中，光線的流動被約束在晶體(ti) 結構接觸的表麵。改變磁場信號就能改變光線發射的方向。

新設備的直接應用價(jia) 值是工程師能在一塊芯片內(nei) 更密集地安置激光器，從(cong) 而使得光通信變得更加高速。而擁有新的控製光線的技術最終可能有助研發出新型的光子器件，為(wei) 全光學計算機的產(chan) 生鋪平道路，這將比現在的計算機更快、更節能。